10kV架空絕緣導線雷擊故障及防護對策分析

摘要：隨著社會經濟的快速發展及人們物質文化水平的不斷提高，人類對電力資源的需求越來越多，要求也在日益增加。電力企業為了滿足人們的需求，在10kV導線架設的過程中采用絕緣導線，減少線路運行過程中問題的發生。文章從10kV架空絕緣導線的運行情況出發，對10kV架空絕緣導線運行過程中存在的問題進行了研究，并提出了有效的防護對策。

關鍵詞：10kV架空絕緣導線；避雷器；雷擊故障；防護對策；電力資源 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM862 文章編號：1009-2374（2015）35-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.064

架空導線的絕緣化是現如今配電網的發展趨勢之一，而配電網的可靠性不僅對人們的日常生活有著十分嚴重的影響，而且還影響著工業企業以及居民用電的質量，因此提高配電網的穩定性成為了電力企業最為重要的工作。雖然10kV架空絕緣導線能夠對解決樹之間的矛盾，并避免線路故障的發生，但是很難解決雷擊斷線這個問題。因此，電力企業要想對雷擊斷線的問題進行有效的解決，確保架空絕緣導線安全穩定的運行，即必須提高配電的可靠性，并減少配網中故障的發生次數。

1 10kV架空絕緣導線雷擊斷線的原理

10kV架空絕緣導線一般情況下分布的范圍都是比較廣闊的，但由于其絕緣的水平較低，無力承擔感應雷或者是直接雷所帶來的影響。根據相關研究得出，感應雷在10kV架空配線線路雷擊故障中占據著主要的地位，感應雷的電流一般情況下都是小于1000安培的，所感應到的電壓值在200～300千伏之間，而如此高的電壓幅值是10kV架空配電線路所無法承受的，所以引起架空絕緣導線發生故障的主要原因是雷擊感應的過電壓所造成的。

另外，雷擊裸導線與電弧的發展是有著一定區別的，當雷擊裸導線受到感應雷或者是直擊雷的過電壓時，就會使得裸導線的絕緣子出現閃絡的現象，同時因為電動力的關系，在電磁力的作用下連續的短路電流就會使得電流朝背離電源的方向快速移動，并切斷電弧，從而對線路起到保護作用。電弧的弧根一般情況下都是固定在導線上的，弧腹跟隨著弧根的運動而運動，弧腹在運動的過程中由于受到熱應力的作用，在空中不斷漂浮，當弧根的溫度增加時，導體的燒損程度也就會增加，當弧根的溫度降低時，導體的燒損程度也就會降低。同時，電弧的弧根是根據導線的運動而運動的，就不會對導線進行集中的燒傷，從而降低了10kV架空裸導線斷線的概率。雖然直擊雷或者是感應雷的過電壓不會對裸導線帶來嚴重的影響，但是對絕緣導線來說是非常嚴重的。當出現較高的雷電過電壓時，雷電過電壓就會擊穿絕緣導線的絕緣子和絕緣層，使得閃絡現象的出現。雖然瞬間電弧具有很強的電流，但由于其時間較短，就不會將絕緣導線燒斷。如果發生了直接雷或者是感應雷，就會導致兩相電流或者是三相之間發生閃絡，從而使得上千安培的工頻出現續流，并對電弧的能量進行了增加。這時電弧在導線表面的運動就會受到架空絕緣導線絕緣層的限制，使得雷電擊穿導線的高溫弧根，并導致燃燒，將線路斷路器的電閘時間調整到最小，也無法阻止絕緣導線被燒斷的情況發生，即10kV絕緣導線遭雷擊斷線的工作機理，如圖1所示：

根據以上10kV架空絕緣導線雷擊斷線機理的分析，我們可以知道電力企業要防止10kV架空絕緣導線雷擊斷線現象的發生，就必須在10kV架空絕緣導線上安裝健全的防雷裝置，并采取有效的滅弧措施，接地電阻滿足防雷要求，從而確保泄壓通道的暢通，預防架空絕緣導線被電弧燒斷。

2 防止10kV架空絕緣導線斷線的有效措施

2.1 架空地線的安裝

在采用絕緣導線的10kV架空線路上，可以將雷電流通過架空地線引流到大地，大幅降低雷電過電壓的幅值，從而達到保護架空絕緣導線的目的。當發生雷擊時，導線只感應過電壓，因此安裝架空地線的方法一般情況下都被使用在絕緣水平很高以及電壓為110kV的線路之上。同時，當雷擊發生之后，由于架空絕緣導線的絕緣水平較低，導致反擊閃絡的現象出現，并導致架空絕緣導線的工頻出現續流，燒斷了架空絕緣導線。根據相關數據顯示，10kV架空絕緣導線遭受直接雷擊的概率是非常小的，占雷擊的20%，而雷電過電壓的概率是非常之大的，占雷擊的80%，因此架空地線一般情況下適用于直擊雷頻繁的地區。

2.2 安裝氧化鋅避雷器

在10kV架空絕緣導線中，安裝氧化鋅避雷器能夠很好地減少雷擊故障的發生。隨著科學技術水平的不斷提高，氧化鋅閥片的技術性能也在不斷提高，安裝氧化鋅避雷器能夠很好地保護電氣設備，減少雷擊故障的發生，因此得到了電力企業的廣泛應用和推廣。在架空絕緣導線上安裝氧化鋅避雷器，不僅能夠有效地限制過電壓的幅值，而且還能夠對放電能量進行有效減少，阻止線路出現工頻續流的現象，從而更好地保護架空絕緣導線。雖然氧化鋅避雷器能夠對雷擊斷線的現象進行有效減少，但卻不能完全地控制，同時氧化鋅避雷器的成本較高，因此在安裝的過程中，要對其安裝的距離進行合理的計算，從而最大程度地減少雷擊現象的發生，確保10kV架空絕緣導線的正常運行。雖然安裝氧化鋅避雷器能夠在最大程度上避免雷擊故障的發生，但是其在使用的過程中也依舊存在著不足，主要表現在以下兩個方面：（1）絕緣導線的主絕緣被破壞。氧化鋅避雷器安裝的過程中，如果沒有很好地解決密封不良的問題，就會導致導線線芯進水，使得架空絕緣導線的主絕緣遭到破壞，并在線路弧垂的最低點處聚集大量的電流，使得線路發生腐化，線路經過一段時間的運行之后，就會因為腐蝕而發生故障；（2）降低了線路的絕緣率。氧化鋅避雷器大量地與架空線并聯，使得架空絕緣導線在長期工頻電壓的作用下，導致架空絕緣導線的絕緣率降低，使得電阻無法滿足架空絕緣導線的需求，從而造成架空絕緣導線在運行的過程中會因為附加的設備而加大故障的發生頻率，降低了架空絕緣導線的絕緣率。根據線路運行過程中故障的發生來看，避雷器的接地電阻不符合小于10Ω的要求，從而使得避雷器被雷擊擊穿，造成線路的故障。當氧化鋅避雷器被雷擊穿之后，就會造成架空絕緣導線故障的發生，增加線路故障點的查找難度，增加了故障停電的時間，降低了架空絕緣導線運行的可靠性。

2.3 安裝穿刺型防弧金具

在采用絕緣導線的10kV架空線路上，可以在距離絕緣導線絕緣子150～200毫米之間的距離安裝穿刺性防弧金具，使得絕緣導線在感受到雷電的過電壓時，過電壓就會在穿刺防弧金具以及絕緣子的定位之間引起閃絡，造成工頻短路電流在防弧金具上開始燃燒，從而避免架空絕緣導線被燒傷。另外，低高壓電極以及絕緣罩組成了穿刺型防弧金具。其中防弧金具的高壓電極會直接接觸導線的穿刺，引出高電壓，而防弧金具的低電壓電極就會在絕緣導線絕緣子的底部安裝，從而構成間隙。在10kV架空絕緣導線中安裝穿刺性防弧金具不僅能夠定位雷電的放電路徑，確保雷電放電的間隙，而且還具有良好的熱穩定性，能夠承受電弧的多次燒灼，在安裝的過程中并不需要剝離絕緣導線的外絕緣層，可以進行直接的安裝，從而對10kV架空絕緣導線進行全面的保護。穿刺型防弧金具雖然能夠多次防止雷擊，避免絕緣導線雷擊斷線，但是經過長時間的使用之后，防弧金具的作用也會大大降低，所以電力企業要對其進行定期更換，從而確保其功能得到充分發揮。

2.4 安裝過電壓保護器

過電壓保護器主要由限流元件和放電間隙組兩部分組成，一般情況下都是安裝在導線的絕緣子上。當架空絕緣導線在運行的過程中受到雷擊的影響時，就會導致閃絡現象的發生，并形成金屬性的電流短路，這時電壓保護器中經過設計的不銹鋼引流元件就可以將工頻續流引入到限流元件中，并將其轉化為尖頂波。而尖頂波電流的幅值是非常小的，利用過壓保護器的限流元件就可以對導線中的放電電壓進行削減，并瞬間地熄滅導線中的電流和切斷續流的工頻，從而避免架空線路出現熔斷的現象，使得架空絕緣導線得到很好的保護，確保架空絕緣導線的正常運行。架空絕緣導線過電壓保護器不僅具有維護、管理簡單的優點，而且當架空絕緣導線發生故障時，保護器在動作的過程中，架空線路中的工頻續流就會立即停止運行，斷路器也不會出現跳閘的現象，從而使得供電繼續，不會出現停電的現象。在安裝過電壓保護器時，不需要剝離架空絕緣導線的主絕緣層，不會造成局部導體裸露。為了減少停電時間、提高供電可靠性，還可以采用帶電安裝架空絕緣導線的過電壓保護器。雖然在架空絕緣導線上安裝過電壓保護器能夠減少雷擊的故障，并確保架空絕緣導線的正常運行，但由于桿上設備數量的不斷增加以及大批量接地裝置的安裝，導致過電壓保護器的投資成本較大，因此電力企業在安裝的過程中必須根據實際的情況，科學合理地安裝架空絕緣導線的過電壓保護器，從而在降低電力企業的投資成本時，能夠確保線路的正常運行。

3 結語

綜上所述，電力企業要想確保10kV架空絕緣導線安全穩定地運行，減少雷擊的故障，就必須根據雷擊斷線的原理以及相關的原因采取相對應的解決措施，對10kV架空絕緣導線進行全面的保護，減少斷線故障的發生，從而確保配電網的正常運行，提高供電的可靠性。

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作者簡介：汪帆（1989-），男，湖北鄂州人，廣州供電局有限公司從化供電局助理工程師，研究方向：電力系統配電網。

（責任編輯：蔣建華）